Graphite Research Alliance

Motivation und Ansatz

Graphit ist eine kristalline Form des Elements Kohlenstoff, die von vielen Volkswirtschaften, einschließlich Kanada und der Europäischen Union, als kritischer Rohstoff eingestuft wird. Seine einzigartigen Eigenschaften machen das Mineral zu einem geeigneten Kandidaten für ein breites Spektrum von Anwendungen, wie z.B. bei der Herstellung innovativer Energiespeicher- und -umwandlungssysteme. So hat sich der Rohstoff als das geeignetste Anodenmaterial in modernen Lithium-Ionen-Batterien (LIB) im Hinblick auf Energiespeicherfähigkeit, zyklische Stabilität und Kosteneffizienz erwiesen. Diese fortschrittlichen Anwendungen erfordern strenge Kriterien für die Größe und Reinheit von Graphitflocken, die für die Produktherstellung genau bewertet werden müssen.

Bis heute stellt die optische Mikroskopie in Kombination mit chemischen Analysen eine gut etablierte Untersuchungsmethode dar. Dieses konventionelle Verfahren ist jedoch ziemlich zeitaufwendig und ermögliche keine dreidimensionale Visualisierung der Graphitkörner und ihrer Verunreinigungen. Die Computertomographie (CT) ist eine zerstörungsfreie, computergestützte Röntgenmethode zur Untersuchung der Mikrostruktur von Mehrkomponenten-Materialien und -Konstruktionen im 3D-Bereich. Mit Hilfe der CT kann insbesondere der innere Aufbau verschiedener Komponenten eines Probenobjekts wie Korngrößen und Einschlüsse einschließlich LIB erfasst werden.

In diesem Projekt wird die neuartige Technologie eingesetzt, um die Graphitflockengröße und Verunreinigungen im Mikrometerbereich in Proben zu bestimmen, die von ausgewählten kanadischen Graphitbergwerken und Graphitaufbereitungsanlagen stammen. Zusätzliche mineralogische und chemische Analysen (z.B. XRD, ICP-MS) werden durchgeführt, um die Ergebnisse der CT-Scans zu validieren.

Die Ziele des Projekts sind:

• Eine tiefgreifende Verbesserung unseres Verständnisses von Naturgraphit durch die Verbindung interdisziplinärer Expertise
• Zu einem verantwortungsvolleren und nachhaltigeren Umgang mit Graphit beizutragen
• Vernetzung führender Institutionen im Bereich der nachhaltigen Rohstoffentwicklung und des Chemieingenieurwesens

Projektpartner

Die Graphite Research Alliance besteht aus Geowissenschaftlern und Ingenieuren der University of Alberta und der RWTH Aachen. Das Projekt wird durch den IRS der RWTH Aachen und der University of Alberta finanziert.